農(nóng)作物病蟲害防治知識庫構(gòu)建探討

左志平，唐少先

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物安全科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)是應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，根據(jù)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的專家知識、實驗數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，就某一領(lǐng)域農(nóng)業(yè)問題進(jìn)行推理、判斷和決策的智能型計算機(jī)系統(tǒng)[1-2]。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中保存著特定領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)信息和知識，通過智能化處理，對特定領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)問題提供有效的指導(dǎo)，為農(nóng)技人員和農(nóng)民提供方便、實用的農(nóng)技咨詢和服務(wù)[3-4]。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)進(jìn)一步提升了其應(yīng)用水平。網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)可從互聯(lián)網(wǎng)獲取信息，有效地擴(kuò)展了專家系統(tǒng)的知識知識來源[5-7]。與此同時，手機(jī)平臺的加入，使用戶可在田間、地頭隨時進(jìn)行信息咨詢，加強(qiáng)了與用戶的互動。農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中病蟲害防治不可或缺的資源，其品種繁多、應(yīng)用面廣、使用頻繁。然而，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)藥的使用缺乏科學(xué)的指導(dǎo)，常常造成不必要的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[8]。因此，利用互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建新型農(nóng)作物病蟲害防治專家系統(tǒng)，科學(xué)地指導(dǎo)廣大農(nóng)戶科學(xué)使用農(nóng)藥，對于建設(shè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)具有顯著的現(xiàn)實意義。

1 領(lǐng)域知識的分類

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)一般由7 個部分組成[1]：知識庫管理系統(tǒng)、獨(dú)立的知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、解釋器、知識獲取模塊和用戶界面。其中，知識庫和推理機(jī)是農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)最核心的部分[9-10]。知識庫用于存儲農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的原理性知識、農(nóng)業(yè)專家的經(jīng)驗性知識以及相關(guān)事實等，其組織方式直接影響著專家系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。因此，設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)良、功能實用、易于擴(kuò)展、能及時更新的知識庫構(gòu)架對整個專家系統(tǒng)十分重要。

將病蟲害專家知識劃分成4 個模塊，獨(dú)立進(jìn)行管理，有助于知識獲取和優(yōu)化。

模塊1：由農(nóng)藥類型的選擇知識組成。對病蟲害判別不清或采用不適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藥，防治效果都會不理想，有時甚至?xí)a(chǎn)生藥害現(xiàn)象；由于農(nóng)藥自身防效的局限，有些農(nóng)藥對某些病蟲有良好的防治效果，但對另一些病蟲卻無能為力，防效極差，此外，由于氣象條件如不同的溫度、濕度、光照、風(fēng)力、陰晴等條件對病蟲的發(fā)生、活動規(guī)律和防治效果也都有影響。因此，在使用農(nóng)藥之前，首先要分析農(nóng)作物所患病蟲害的具體情況，并結(jié)合區(qū)域環(huán)境、氣候條件和農(nóng)藥購買者的經(jīng)濟(jì)條件選擇適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藥。這些知識對于農(nóng)藥的最終使用效果十分重要。

模塊2：由用藥時機(jī)知識組成。把握農(nóng)藥的使用時機(jī)十分重要，打藥務(wù)必抓住時機(jī)，只有了解病蟲害發(fā)生規(guī)律，才能藥到病除。昆蟲的活動除受日夜交替規(guī)律的支配之外，也有自己的“生物鐘”。因此，應(yīng)掌握害蟲的活動規(guī)律，在一天中，分不同時間，有針對性地施藥，才能達(dá)到最佳效果，提高農(nóng)藥的利用效率，并降低施藥量和施藥次數(shù)。

模塊3：由施藥方法知識、噴施器械的操作及使用知識組成。田間病蟲的發(fā)生、危害和棲息在作物上都有一個固定的部位，這些特定的部位，便是農(nóng)藥作用的靶位點(diǎn)。射不中靶，農(nóng)藥防效就差，防效差了農(nóng)戶就會加大施藥量或增加施藥次數(shù)，如此循環(huán)，病菌和害蟲的抗藥性增強(qiáng)，進(jìn)而阻礙農(nóng)藥發(fā)揮應(yīng)有防效和潛在效能。因此，良好的施藥方法很重要。目前，農(nóng)村普遍使用的噴藥器具，費(fèi)勞力、浪費(fèi)大、霧粒粗。這種噴霧器噴出的霧粒，一方面粘著性差，不利于藥液附著于作用部位；另一方面沉積率低，藥液滴落在土壤時容易隨著雨水流失到水域中，不但造成浪費(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。

模塊4：由農(nóng)藥藥效評估知識組成。有些用戶在使用農(nóng)藥之后對于藥效不能作出正確的評判，導(dǎo)致不必要的多次用藥或缺乏必要的二次用藥。因此，及時對藥效作出正確的評估是農(nóng)藥應(yīng)用中的重要問題，而一般用戶往往缺乏這類專業(yè)知識。

2 與知識密切相關(guān)的農(nóng)藥信息

專家知識的使用往往需要相關(guān)信息配合。通過政府網(wǎng)站、市場、用戶等提供的信息來提高知識的應(yīng)用效能十分有效。這些信息包括：（1）藥物質(zhì)量和特性，例如農(nóng)藥試驗登記信息、藥效試驗的相關(guān)信息和要求、已經(jīng)使用該農(nóng)藥的用戶評價及反饋意見等；（2）土壤及氣候信息，從國家相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)庫中獲得地區(qū)的環(huán)境信息，農(nóng)藥管理部門的相關(guān)信息等。

3 知識的組織與表示方法

圖1 知識庫結(jié)構(gòu)模型

為了提高知識獲取及推理的效率，知識庫被分成獨(dú)立管理的四個層次：應(yīng)用問題集合層、驅(qū)動規(guī)則集合層、領(lǐng)域?qū)＜抑R層和相關(guān)信息層。

3.1 應(yīng)用問題集合層

應(yīng)用問題單獨(dú)為一層，有利于應(yīng)用問題的擴(kuò)充。應(yīng)用問題的求解通過調(diào)用驅(qū)動規(guī)則來實現(xiàn)，通過對規(guī)則的優(yōu)化和調(diào)整可以實現(xiàn)對問題求解質(zhì)量的優(yōu)化。

3.2 驅(qū)動規(guī)則集合層

驅(qū)動規(guī)則是驅(qū)動系統(tǒng)服務(wù)的核心機(jī)制，它將問題求解規(guī)劃為若干個操作。對問題求解的調(diào)整可通過相應(yīng)驅(qū)動規(guī)則的調(diào)整來實現(xiàn)。驅(qū)動規(guī)則的前件以事實組成，而后件則對應(yīng)若干函數(shù)。這樣的表示方法有簡明、可靈活改變求解模式、易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 領(lǐng)域?qū)＜抑R層

領(lǐng)域知識是在應(yīng)用環(huán)境基礎(chǔ)之上組成的相應(yīng)模塊。這樣使得問題的求解更便捷，縮小了搜索范圍。底層的信息集合用于優(yōu)化求解，因為某些專家知識的運(yùn)用依賴于具體環(huán)境中的狀態(tài)參數(shù)值和信息。

3.4 具體規(guī)則的形式

驅(qū)動規(guī)則采用以目標(biāo)的產(chǎn)生式規(guī)則為基礎(chǔ)的形式，如：if 求解問題then 求解子問題1 and-----and 子問題k。這樣有利于對問題求解的優(yōu)化。

第3 層的知識可采用詢問的嵌套規(guī)則，以增加與用戶交互的能力，提高知識的應(yīng)用效果。為了增強(qiáng)判斷的準(zhǔn)確性，還應(yīng)配備典型病害圖片的集合。

例如：If 農(nóng)作物類型是A and 地域條件是B and 氣候特征是C

then 展示（典型病害圖片D）and { if 典型病害D 相似程度G 被確認(rèn)then 列舉（可選擇農(nóng)藥）}

4 總 結(jié)

筆者提出了農(nóng)作物病蟲害防治專家系統(tǒng)知識的組織方案，該方案從模塊化分層的角度構(gòu)建新型知識庫，適用于以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的專家知識系統(tǒng)，對農(nóng)作物病蟲害防治專家系統(tǒng)的深入發(fā)展有十分積極的作用。

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